JPS6037232Y2 - 主軸の高低速切換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は主軸を高速側と低速側の回転領域に切替える高
低速切換装置に関するものである。

工作機械の主軸回転数は、低速から高速（又は超高速）
まで広範囲に変速出来ることが要求されている。

従来の主軸回転数の切換装置は、電動機の回転数を一定
のちとに歯車式の多段変速装置によっていたから、有段
変速となると共に変速範囲も狭いものである。

そこで、最近は電動機を低速から高速まで無段階に連続
変速し、且電動機の効率の良い回転領域での運転と主軸
回転領域の拡大を図るために主軸に２段の歯車式変速装
置を備え、この変速装置で主軸を高速側と低速側の回転
領域に切替えるようにした方式のものが普及している。

そして、自動工具交換装置を備えた工作機械の自動化運
転に対応すべく、上記歯車式変速装置にロータリ・アク
チュエータ等を備え、交換される工具交換指令で指定さ
れる主軸回転数に相当してアクチュエータを駆動させ、
変速装置のシフタで歯車を高速側や低速側に自動切替え
するものが提供されている。

上記のように高低速切換を自動で行うものは、アクチュ
エータで高速側又は低速側の２位置に強制的に規制され
るから、シックを中立位置に止めて高低両歯車の噛合を
断つことができない。

このため、シフタを手動操作で自由な位置にスライドさ
せて切替えることができない。

更に、アクチュエータの作動のために、電磁切換弁を高
速側又は低速側に付勢したままに保持するから、発熱と
電力消費が免れないのは勿論のこと、停電したとき電磁
切換弁は現在位置（付勢位置）と保持することなく中立
位置（消勢位置）へ戻ってしまう。

このため、主軸の不用意な切替えが行われて主軸回転速
度を狂わせる欠点がある。

本考案は上記事態に鑑みてなされたもので、変速装置の
シックを駆動するアクチュエータの回動軸に手動バンド
ルを設けるほか、アクチュエータの高低速切替動作を２
位置電磁切換弁（ダブルソレノイドバルブ）で行うと共
に圧縮空気の供給、停止用の２位置電磁切換弁（シング
ルソレノイドバルブ）を空気源側に介在させる。

これで、上記２つのバルブの消磁状態でアクチュエータ
の高速側又は低速側に圧力空気を供給することができる
ので、停電してもバルブの不用意な切替えが行われない
し、電磁ソレノイドの発熱防止と省電力を可能にすると
共に、シングルソレノイドバルブの付勢時に圧縮空気を
しゃ断してアクチュエータ内を外気に連絡することで手
動バンドルの操作を可能にした。

次に本考案装置を図面に示す実施例で説明する。

先ず、第１図において、１はラム型フライス盤の主軸頭
で、これはラム２の前端面に取付けられている。

３は主軸で、下端（先端）には工具（図示なし）を嵌着
させるテーパ穴３ａがあけられ、数個の軸受４・・・・
・・によって挿通したタイル５内にその下手側が承持さ
れている。

上記クイル５は主軸頭１の軸承筒１ａに嵌合されており
、主軸の昇降駆動ユニット（図示なし）で正逆転駆動さ
れる昇降杆６がこれに螺合するナツト体７を昇降し、こ
のナツト体７がクイル５に固着されているので、昇降杆
６の正転、逆転によりタイル（及び主軸３）５がストロ
ークＳの区間を昇降する。

Ｍｌは主軸３の駆動モータで、この回転軸のプーリ（共
に図示なし）と従動側のプーリ８間にはベルト９が巻掛
けられ、２つの軸受１０．１１によって承持されプーリ
８を嵌着している駆動軸筒１２を回転駆動する。

この駆動軸筒１２は、駆動モータＭ、の速度調整やプー
リ８の外径調節により、無段階に連続して可変速回転さ
れる。

また駆動軸筒１２の筒内には、クイル５の頂端から上方
へ突出する主軸３の細径部３ｂの上手部が遊嵌合してい
る。

上記駆動軸筒１２の下端側には小歯車（ピニオン）１２
ａが刻設され、また細径部３ｂの外周にはスプライン３
ｃが刻設されており、この両者３ｃ、１２ａ間の高速及
び低速に切替える歯車式の変速装置Ｇを備えている。

即ち、第１〜４図に見る如く１３は内歯式の高速歯車で
、主軸３の細径部３ｂのスプライン３ｃに係合してシフ
タ１４に軸受１５を介して支持されている。

そしてシフタの上昇移動で高速歯車１３は第４図の如く
上記駆動軸筒１２の小歯車１２ａの端部に噛合し、これ
で主軸３は駆動軸筒１２と直結して同一回転数で高速回
転する。

１６は小歯車１２ａに噛合する低速側の大歯車で、回転
自在の中間軸１７の上端側に嵌着されている。

中間軸１７のスプライン１７ａ上には、中間歯車１８が
軸受１９を介してシフタ１４に支持されており、この中
間歯車１８は第２，３図の如く、スプライン３ｃに係合
し軸受２０を介して主軸頭１の内側ブラケット１ｂに支
持された低速歯車２１とシフタ１４の下降位置において
噛合する。

この噛合状態で駆動軸筒１２の回転力は大歯車１６から
中間軸１７、中間歯車１８を介して低速歯車２１に伝達
され、駆動軸筒１２の回転数よりも低速回転で主軸３を
駆動する。

シフタ１４を上下移動させるロータリ・アクチュエータ
ＲＡは、垂直の支持ピン２２に嵌合させたシフタ１４の
ボス１４ａと対向するよう側壁１ｃに取付けられている
。

そして、ロータリ・アクチュエータＲＡの作動軸となる
回動軸２３の先端に嵌着させた円筒２４の偏心ピン２５
をボス１４ａの右側壁に刻設した横長の係合溝１４ｃに
嵌入させ、回動軸２３の約１８００回動によって偏心ピ
ン２５を上下に円弧運動させシフタ１４を低速位置（第
２図）と高速位置（第４図）に移動させる。

即ち、シフタ１４が低速位置にあるとき高速歯車１３は
小歯車１２ａとの噛合から外れ、低速歯車２１が中間歯
車１８と噛合状態となっている。

また、シフタ１４が高速位置にあるとき低速歯車２１は
中間歯車１８との噛合から外れ、高速歯車１３が小歯車
１２ａと噛合状態となっている。

２６はロータリ・アクチュエータＲＡの回動軸２３の尾
端（外端）に取付けた手動バンドルで、第３図に示す如
く、各配管Ｐｈ、 ＰＩからの圧縮空気の供給を断つと
、手動バンドル２６は低速位置（低）、高速位置（高）
及び両歯車１３，２１の噛合が外れた中立位置へ自由に
位置決めすることができる。

次にロータリ・アクチュエータＲＡを作動させる空圧回
路を第５〜７図で説明する。

圧縮空気源Ａ１からの配管Ｐ１は１つの電磁ソレノイド
ＳＱＬ、をもつ２ 位ＭＴｉ磁切換弁（シングルソレノ
イドバルブ）Ｖｌを介して吹出側の配管Ｐ２で２つの電
磁ソレノイドＳＯ１，２，５ＯＬ３をもつ２位置電磁切
換弁（ダブルツレメイドバルブ） Ｖ２に結ばれ、ここ
で高速側の配管ｐｈと低速側の配管Ｐ１に分岐されてロ
ータリ・アクチュエータＲＡの高速側及び低速側に結ば
れている。

即ち、シングルソレノイドバルブＶ１は電磁ソレノイド
５ＯＬ１の付勢で第７図の如く配管Ｐ１．Ｐ２間をしゃ
断し、消磁時にはばね２７の弾発力で開口して第５，６
図の如く配管Ｐ□。

１２間を連通状態にする。

また、ダブルソレノイドバルブＶ２は高速側の電磁ソレ
ノイド５ＯＬ２の付勢で第５，７図の如く配管Ｐ２．Ｐ
ｈ間を連通状態としこれは電磁ソレノイド５ＯＬ２を消
磁しても保持され、低速側の電磁ソレノイド５ＯＬ３の
付勢で第６図の如く配管Ｐ２．Ｐ１間を連通状態とした
のち消磁させてもこの状態を保持する。

而して、各電磁ソレノイド５ＯＬ２，５ＯＬ３を付勢し
たのちただちに消勢すると、ロータリ・アクチュエータ
ＲＡの作動で第５図の高速側又は第６図の低速側に高低
速切換装置（変速装置）Ｇを切換保持する回路構成とな
っている。

勿論、各電磁ソレノイドＳＯＬ、２゜５ＯＬ３は一旦付
勢されるもただちに消勢される電気回路（図示なし）に
よって制御される。

本考案の高低速切換装置は上述の如く構成されており、
以下その作用を説明する。

先ず、ロータリ・アクチュエータＲＡの回動軸２３に備
える手動バンドル２６で高低速切換装置を操作する場合
には、第７図の如＜シングルソレノイドバルブＶ１のソ
レノイド５ＯＬｌを付勢して閉じ配管Ｐ１．Ｐ２間をし
ゃ断する。

これで、ロータリ・アクチュエータＲＡに結ばれた配管
ｐｈ、 ｐｔが外気に連結されて回動軸２３が自由に回
動出来る状態となる。

而して手動バンドル２６を左右回動して第７図に示すよ
う各歯車１３．１８の噛合が外れた中立位置にシフタ１
４を移動させることが出来るのは勿論のこと、第５図に
示すよう高速歯車１３を小歯車１２ａに噛合させたり、
第６図の如く低速歯車２１を中間歯車１８に噛合させて
、高低速の切替えが自由に出来る。

次にダブルソレノイドバルブＶ２の各電磁ソレノイド５
ＯＬ２，５ＯＬ３の付勢切替えにより主軸（変速装置）
３を自動で高速側又は低速側へ切替える作用を説明する
。

主軸３を高速側へ切替えるには、シングルソレノイドバ
ルブＶ工を消勢してばね２７の弾発力で開き配管Ｐ１．
１２間を連通させる。

そして、ダブルツレメイドバルブＶ２の高速側ソレノイ
ドＳＱＬ、を付勢して第５図の如く配管Ｐ２．Ｐｈ間を
連通させると、圧縮空気がロータリ・アクチュエータＲ
Ａの高速側に圧入して回動軸２３を矢印方向へ回動させ
、偏心ピン２５がシフタ１４を上昇移動して高速歯車１
３を小歯車１２ａに噛合する。

高速歯車１３の噛合とはＳ゛同時期（噛合直後）にソレ
ノイド５ＯＬ２の付勢が解除して消勢状態となるも、バ
ルブＶ２は配管Ｐ２．Ｐｈ間を連通状態に保持する。

従って停電しても２つのバルブＶ１．ｖ２は現状に保た
れて主軸３の不用意な切替え動作が生じない。

一方、ダブルソレノイドバルブＶ２の低速側ソレノイド
ＳＱＬ、を付勢して第６図の如く配管Ｐ２．ＰＩ間を連
通させると配管Ｐ２．Ｐｈ間がしゃ断され、圧縮空気が
ロータリ・アクチュエータＲＡの低速側に圧入して回動
軸２３を矢印方向へ回動させ、偏心ピン２５がシフタ１
４を下降移動して低速歯車２１を中間歯車１８に噛合す
る。

そして、低速歯車２１の噛合後にソレノイド５ＯＬ３の
付勢が解除して消勢状態となるも、バルブＶ２は配管Ｐ
２．Ｐ１間を連通状態に保持する。

従って停電しても２つのバルブＶ１．■２ハ第６図の状
態に保たれて主軸３の不用意な切替え動作が生じない。

上記のように、変速時に一旦励磁されるバルブＶ２のソ
レノイド５ＯＬ２，５ＯＬ３は通電させた状態を維持す
る必要がないので消磁され、又バルブＶ１も消磁状態に
あるから発熱防止と省電力化が図れる。

このような作用は２つのバルブＶ１．Ｖ２ヲ１つにまと
めた３位置電磁切換弁によるときは実行不可能である。

それは主軸３を高速側又は低速側に切換保持するには、
２つの電磁ソレノイド５ＯＬ２，５ＯＬ３のいずれか一
方を励磁し続けなければならず、また停電によって消磁
状態になると内蔵するばねで中立位置にもどりロークリ
・アクチュエータＲＡへの空気供給を断つと共にアクチ
ュエータ内の空気が排気されるから、シフタ１４か自然
に動き変速位置を狂わせてしまう。

本考案は上記一実施例に限定されることなく要旨内での
設計変更か可能である。

例えは、工作機械の型式も図示のラム型フライス盤の主
軸頭に特定されない。

また、ＡＴＣ装置を備えた工作機械にあっては主軸３へ
の工具交換時に工具に合わせて主軸回転数を自動設定す
るから、これに合わせてダブルソレノイドバルブｖ２の
電磁ソレノイド５ＯＬ２，５ＯＬ３を一時的に励磁する
ことになる。

更に、ロータリ・アクチュエータＲＡをリニア式の直線
運動の進退動する往復式のアクチュエータに変更しても
よく、この場合にはシフタ１４の回動軸２３の先端に手
動ハンドル２６を取付ける。

本考案によるときは、主軸側に存在するシックを移動さ
せる回動軸の手動ハンドルによって主軸に係合する高速
歯車を駆動側ピニオンに噛合し、又はこの離脱時には前
記ピニオンに噛合する低速側大歯車から中間歯車を介し
て主軸の低速歯車に噛合切替えする主軸の変速装置にお
いて、前記回動軸に設けたアクチュエータに対し、圧縮
空気を１つの電磁ソレノイドをもつ２位置電磁切換弁の
消勢時に供給する吹出側の配管から２つの電磁ソレノイ
ドをもつ２位置電磁切換弁を介して結び、上記２つの電
磁ソレノイドをもつ２位置電磁切換弁の高速側配管をア
クチュエータの高速側に結ぶと共に低速側配管をアクチ
ュエータの低速側に結び、上記１つの電磁ソレノイドを
もつ２位置電磁切換弁の付勢時には前記変速装置を手動
操作可能とする一方、前記１つの電磁ソレノイドをもつ
２位置電磁切換弁の消勢時に２つの電磁ソレノイドをも
つ２位置電磁切換弁の高速又は低速側電磁ソレノイドの
一時付勢によって主軸を高速又は低速側に切替保持させ
るから、シングルソレノイドバルブとダブルソレノイド
バルブを消磁状態にしたままでもアクチュエータの高速
側又は低速側に圧縮空気を供給することができ、これに
より停電しても各バルブの不用意な切替えが行われない
し、ソレノイドの発熱防止と省電力を図る効果があるほ
か、またシングルソレノイドバルブの付勢時には圧縮空
気がしゃ断されてアクチュエータ内が外気に連絡され、
手動ハンドル操作でシックを任意位置に移動できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はラム型フライス盤における主軸頭の一部切欠断
面図、第２図は本考案の高低速切換装置の断面図、第３
図は本考案装置のハンドル部分の正面図、第４図は作用
状態を示す変速装置の断面図、第５〜７図は空圧回路と
この動作状態を示す空圧制御回路図である。 １・・・・・・主軸頭、１ｃ・・・・・・側壁、３・・
・・・・主軸、３ｂ・・・・・・細径部、３ｃ・・・・
・・スプライン、１２・・・・・・駆動軸筒、１２ａ・
・・・・・小歯車、１３・・・・・・高速歯車、１４・
・・・・シフタ、１６・・・・・・大歯車、１７・・・
・・・中間軸、１８・・・・・・中間歯車、２１・・・
・・・低速歯車、２２・・・・・・支持ピン、Ｇ・・・
・・・高低速切換装置（変速装置）、Ａ工・・・・・・
圧縮空気源、Ｐｌ、Ｐ２・・・・・・配量、ｐｈ・・・
・・・高速側配管、Ｐｌ・・・・・・低速側配管、Ｖｌ
・・・・・・１つの電磁ソレノイドをもつ２位置電磁切
換弁（シングルソレノイドバルブ）、Ｖ２・・・・・・
２１の電磁ソレノイドをもつ２位置電磁切換弁（ダブル
ソレノイドバルブ）、ＳＯＬ、１〜５ＯＬ２・・・・・
・電磁ソレノイド、ＲＡ・・・・・・ロータリ・アクチ
ュエータ、２３・・・・・・回動軸（作動軸）、２５・
・・・・・偏心ピン、２６・・・・・・手動ハンドル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 駆動モータと連結した駆動軸筒内に挿通させた主軸細径
   部のスプラインに係合する高速歯車を、回動軸を介して
   設けた手動ハンドルがシフタの移動で駆動軸筒端のピニ
   オンに噛合させる樹皮とする一方、上記高速歯車がシッ
   クによる離脱時には、前記ピニオンに常時噛合する低速
   側大歯車から中間軸のスプラインに係合する中間歯車を
   前記シックの作動で主軸の低速歯車に噛合切替えする主
   軸の変速装置において、前記回動軸に設けたアクチュエ
   ータに対し圧縮空気を１つの電磁ソレノイドをもつ２位
   置電磁切換弁の消勢時に供給する吹出側の配管から２つ
   の電磁ソレノイドをもつ２位置電磁切換弁を介して結び
   、上記２つの電磁ソレノイドをもつ２位置電磁切換弁の
   高速側配管をアクチュエータの高速側に結ぶと共に低速
   側配管をアクチュエータの低速側に結び、上記１つの電
   磁ソレノイドをもつ２位置電磁切換弁の付勢時には前記
   変速装置を手動ハンドル操作を可能とする一方、前記１
   つの電磁ソレノイドをもつ２位置電磁切換弁の消勢時に
   ２つの電磁ソレノイドをもつ２位置電磁切換弁の高速又
   は低速側電磁ソレノイドの一時付勢によって主軸を高速
   又は低速側の歯車噛合に切替保持することを特徴とする
   主軸の高低速切換装置。